一种轴承套圈滚道复合超精研机的制作方法

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种轴承套圈滚道复合超精研机。

背景技术：

轴承行业超精研的传统方法是，采用产品夹具对于待加工工件采用定心夹装，被加工工件在驱动盘的带动下旋转，然后对轴承分别依次进行粗研、精研以及超精研加工工艺过程，粗研、精研以及超精研的过程中，分别以粗油石、精油石和超精油石进入沟道对滚道进行粗超精研加工。油石对轴承套圈进行加工过程中，油石需要沿垂直工件表面旋转的方向往复振荡，配合工件的转速，以及与工件表面的压力进行超精研；并且由于粗研、精研以及超精研的工艺精度不同，粗研、精研以及超精研过程中对于油石的振荡频率、工件的转速以及油石与工件之间的压力均是不相同。但是，上述轴承超精研机存在以下两方面的不足之处：1，超精研机所采用定心夹装，定心夹装的轴承加工受到主轴旋转精度的影响，因而所生产的轴承常常不能达到国际高精度或高性能轴承标准。2，目前超精研机中采用的油石振荡方式是，将直流电机的转动通过空间球副机构转换成摆动机构的往复振荡运动，虽然可以通过改变直流电机的转速实现振荡频率的改变，但是该结构借用于转换机构输出，转换机构由于惯性及传动路径的关系而无法短时间内频繁振荡，因此该结构下形成的振荡运动在一定路径内是往复规则的，一般是以所要加工的端面往返振荡；因此，上述油石振荡方式限定了超精研机的加工精度，还需进一步改进。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种轴承套圈滚道复合超精研机，该滚道复合超精研机一方面采用无心夹装工件，使工件加工精度不受主轴旋转精度的影响，从而提升轴承套圈的加工精度；另一方面采用新型的第一振荡副结构，第一振荡副的运动可根据线圈电流快速调整，路径转换灵敏度高，能够短时间内频繁振荡，实现大往复、小振荡，从而提升工件的加工精度。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种轴承套圈滚道复合超精研机，包括机床，以及设置在机床上的夹装工位，以及用于驱动夹装工位内的待加工工件转动的主轴，以及用于对夹装工位内的待加工工件加工的滚道超精研装置；

所述夹装工位设置在主轴端部上，夹装工位上设有用于将待加工工件定位在夹装工位的两组支承定位组件；两组支承定位组件用于支承工件的同一周向表面上，两组支承定位组件所支承的工件与主轴轴心不重合；所述主轴带动工件转动，工件所受向心力方向指向两组定位组件之间；

所述滚道超精研装置设置在夹装工位上方，滚道超精研装置包括第一升降副，以及设置在第一升降副上的第一振荡副，以及设置在第一振荡副上的滚道超精研端头，以及设置在滚道超精研端头上的滚道超精研部件；所述第一振荡副包括振荡电机和振荡拖板，振荡电机包括磁板，以及移动设置在磁板上的基板，基板内部设置有线圈组；所述振荡拖板设置在基板上，滚道超精研端头设置在振荡拖板上。

作为优先，所述第一升降副上设有第一转动副，第一转动副包括设置在第一升降副上的角度拖板，以及转动设置在角度拖板上的偏转拖板，第一振荡副设置在偏转拖板上；所述角度拖板上设有弧形齿条，偏转拖板上设有与弧形齿条相啮合的齿轮，以及用于驱动所述齿轮的驱动部件。上述结构中，通过第一转动副可实现第一振荡副及其上的超精研头加工工位与方向的调整，用以配合加工不同形状的轴承套圈滚道；具体地，当驱动部件驱动齿轮转动时，偏转拖板带动第一振荡副相对于角度拖板转动，可实现第一振荡副上的滚道超精研端头输出角度调整，如可倾斜输出用以加工倾斜设置的滚道。

作为优先，所述振荡拖板上设有压紧副；压紧副包括压紧气缸，以及设置在压紧气缸输出端上的压紧拖板；所述压紧气缸的输出方向与振荡电机的输出方向相垂直，滚道超精研端头设置在压紧拖板上。上述结构中的压紧副用于调整滚道超精研端头上的滚道超精研部件对于工件表面的压力，从而可控制工件表面的加工深度与加工精度。

作为优先，所述压紧拖板上设置有超精研头换位装置，超精研头换位装置包括旋转组件，以及与旋转组件输出端相连接的转轴；所述滚道超精研端头设置在转轴端部上，滚道超精研端头的周向侧面上规则设有若干滚道超精研部件。上述结构下，当旋转组件驱动转轴及其上的滚道超精研端头转动时，滚道超精研端头侧面的滚道超精研部件实现换位；通过这种旋转换位的方式实现多种类油石之间的转换，避免了传统油石头更换的复杂步骤，从而减少其加工时间，提升其加工效率。

作为优先，所述旋转组件包括传动轴，以及驱动所述传动轴周向转动的回转驱动部件，以及驱动所述传动轴轴向移动的换档驱动部件；所述传动轴的轴线与转轴的轴线重合，传动轴上套设有第一齿盘，转轴上套设有第二齿盘；上述结构中，换档驱动部件驱动传动轴轴向移动，控制第一齿盘与第二齿盘的啮合或分离；当传动轴轴向移动使第一齿盘和第二齿盘相啮合时，传动轴与转轴周向联动，回转驱动部件可通过传动轴带动转轴转动，实现转轴端部上的滚道超精研部件换位；当传动轴轴向移动使第一齿盘和第二齿盘相分离时，回转驱动部件可带动传动轴，而无法影响转轴及其上的滚道超精研部件，此时适用于回转驱动部件的复位。

作为优先，所述主轴上端部上连接有转盘，转盘上端设置有用于支撑工件的支撑底座；主轴、转盘和支撑底座均同轴设置；所述支撑底座包括周向规则设置在转盘上端面的若干支承块，支承块的截面呈“L”形，支承块的“L”形上端面为弧形支撑面，若干支承块的弧形支撑面处于同一圆周线上。上述结构是提供一种支撑底座，该支撑底座采用“L”形支承块以用最小的支撑面对于待加工工件进行支撑，从而可减少其加工误差。

作为优先，所述两组定位组件是两个外径支承滚轮，两个外径支承滚轮用于支承工件的外径表面。该结构采用外径支撑方式，一般在对轴承套圈内径表面进行超精加工时用于定位。

作为优先，所述两组定位组件是两个能够调节纵向高度的内径支承滚轮，两个内径支承滚轮用于支承工件的内径表面。该结构采用内径支撑方式，一般在对轴承套圈外径表面进行超精加工时用于定位；需要说明的是为了便于工件上下料，需要内径支承滚轮可调节纵向高度。

作为优先，所述夹装工位上方设有端面压紧装置，端面压紧装置包括两个上压轮，以及用于驱动两个上压轮的动组件；所述摆动组件驱动两个上压轮纵向交替浮动并定位夹装工位内的工件轴向端面。另一方面，该产品夹具采用两上压轮对工件上端面进行交替浮动压紧，在对工件进行轴向定位的同时，避免工件轴向端面的误差对于工件夹装产生影响，从而进一步保证其加工精度。

作为优先，所述摆动组件包括压紧轴，摆动轴和两条摆动臂；所述两条摆动臂的中部分别设置在压紧轴的轴向两端部上，摆动轴的两端部分别连接在两条摆动臂的第一端部上，两个上压轮分别设置在两条摆动臂的第二端部上；所述摆动轴的中部穿设在摆动座上，摆动座上连接有用于驱动摆动轴两端交替摆动的驱动部件。上述结构提供一种摆动组件的具体结构，该结构用以实现两个上压轮纵向交替浮动的功能；具体地，是由驱动部件带动摆动轴两端交替摆动，摆动轴端部带动摆动臂，使得摆动臂以压紧轴为摆动轴心两端摆动，从而实现摆动臂端部上的上压轮纵向浮动。

本发明采用上述技术方案，该轴承套圈滚道复合超精研机具有以下两方面的优势：

1.复合超精研机采用无心夹装工件，两组支承定位组件抵住工件的内径表面或外径表面，使得工件与主轴轴心不重合；主轴带动工件转动时，工件受到向心力方向指向两组定位组件，从而使工件无心定位转动，工件加工精度不受主轴旋转精度的影响，从而提升轴承套圈的加工精度。

2.复合超精研机采用新型的第一振荡副结构，第一振荡副中的振荡电机包括磁板和基板，基板内部设置线圈组，线圈组处于磁板的磁场内，运用线圈组在磁场内受到的安培力实现基板的移动；由于线圈组电流变化直接影响基板移动轨迹，基板移动可直接带动滚道超精研端头移动，因而整个第一振荡副的运动可根据线圈电流快速调整，路径转换灵敏度高，能够短时间内频繁振荡，实现大往复、小振荡加工，从而提升工件的加工精度。

附图说明

图1为超精研机的内部视图。

图2为超精研机的外部视图。

图3为图2的A部放大图。

图4为端面压紧装置的结构示意图。

图5为滚道超精研装置的结构示意图。

图6为振荡电机的结构示意图。

图7为超精研头换位装置的结构示意图。

图8为超精研头换位装置的结构剖视图。

图9为挡边超精研装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方案作进一步详细的说明。

1.整机

如图1~图9所示的一种轴承套圈复合超精研机，包括机床11，以及设置在机床11上方的机床罩12，以及设置在机床罩12内部机床11上的夹装工位，以及用于驱动夹装工位内工件转动的驱动组件。所述驱动组件包括驱动电机，以及通过轴承定位在机床11内的主轴13，驱动电机驱动主轴13周向转动。所述机床11上端面上设有基层移动副，基层移动副包括设置在机床11表面基层导轨14上的底板，以及用于驱动所述底板移动的驱动部件。基层移动副上设有立座16，立座16上设有用于对夹装工位内工件进行加工的滚道超精研装置3和挡边超精研装置4；通过基层移动副的移动可对滚道超精研装置3和挡边超精研装置4之间工位切换，即在同一超精研机上可以实现对轴承套圈的滚道、挡边超精研，相比于传统的超精研机，该超精研机可减少装机工序，提升加工效率。

2. 产品夹装结构：

所述夹装工位是无心夹装工位，具体地主轴13上端部上连接有转盘21，转盘21上端设置有用于支撑工件的支撑底座；主轴13、转盘21和支撑底座均同轴设置。支撑底座包括周向规则设置在转盘21上端面的若干支承块22，支承块22的截面呈“L”形，支承块22的“L”形上端面为弧形支撑面，若干支承块22的弧形支撑面处于同一圆周线上。上述结构形成工件夹装工位，安装时轴承套圈定位在工件夹装工位内，支承块22的弧形支撑面抵住轴承套圈下端面用于支撑。而为了进一步减少支承块22的上端面平整度误差对轴承套圈加工的影响，因而将所述支承块22制成“L”形，仅用弧形支撑面支撑轴承套圈，从而尽可能减少与工件相抵的径向接触面积。另外，由于加工时周向设置的支承块22通过摩擦力带动轴承套圈，尤其是在起步时，支承块22与轴承套圈之间产生动摩擦，因而可将支承块22拆分为支撑座和耐磨块，从而可便于后期仅更换耐磨块，节省成本。

所述夹装工位上设有用于将工件定位在夹装工位的两组支承定位组件。所述两组支承定位组件用于支承工件的同一周向表面上，两组支承定位组件所支承的工件与主轴13轴心不重合。当主轴13带动工件转动时，工件所受向心力方向指向两组定位组件之间。上述结构所限定的无心定位包括两种情况，一种是对轴承套圈内径表面进行超精加工时，两组定位组件是两个外径支承滚轮23，两个外径支承滚轮23用于支承工件的外径表面，采用外侧无心定位方式；另一种是对轴承套圈外径表面进行超精加工时，两组定位组件是两个内径支承滚轮24，两个内径支承滚轮24用于支承工件的内径表面，采用内侧无心定位方式；而内侧无心定位方式中需要内径支承滚轮24处于工件内侧，为了便于工件上下料，需要将内径支承滚轮24具有可纵向调节高度的能力。

所述夹装工位旁的机床11上固定有支座17，支座17上设有纵向移动副18，两个内径支承滚轮24设置在纵向移动副18上。另外，该纵向移动副18还设有用于将工件定位在夹装工位的端面压紧装置。端面压紧装置包括用于定位工件上端面的两个上压轮25，以及用于驱动两个上压轮25纵向交替浮动的摆动组件。所述摆动组件包括压紧轴26，摆动轴27和两条摆动臂28。所述摆动臂28呈“L形”，两条摆动臂28的中部（即“L形”折弯端）分别设置在压紧轴26的轴向两端部上，摆动轴27的两端部分别连接在两条摆动臂28的第一端部上，两个上压轮25分别设置在两条摆动臂28的第二端部上；所述摆动轴27的中部穿设在摆动座上，摆动座上连接有用于驱动摆动轴27两端交替摆动的驱动部件。上述结构提供一种摆动组件的具体结构，该结构用以实现两个上压轮25纵向交替浮动的功能；具体地，是由驱动部件带动摆动轴27两端交替摆动，摆动轴27端部带动摆动臂28，使得摆动臂28以压紧轴26为摆动中心两端摆动，从而实现摆动臂28端部上的上压轮25纵向浮动。

上述复合超精研机采用无心夹装，配合上端面的浮动压紧，可提升轴承套圈的加工精度。具体地，一方面该产品夹具使用两组支承定位组件抵住工件的内径表面或外径表面，使得工件与主轴13轴心不重合；主轴13带动工件转动时，工件受到向心力方向指向两组定位组件，从而使工件无心定位转动，工件加工精度不受主轴13旋转精度的影响。另一方面，该产品夹具采用两上压轮25对工件上端面进行交替浮动压紧，在对工件进行轴向定位的同时，避免工件轴向端面的误差对于工件夹装产生影响，从而进一步保证其加工精度。

3. 轴承套圈滚道加工：

所述滚道超精研装置3包括第一升降副，以及设置在第一升降副上设有第一转动副，以及设置在第一转动副上的第一振荡副，以及设置在第一振荡副上的压紧副，以及设置在压紧副上的滚道超精研端头35，以及设置在滚道超精研端头35上的滚道超精研部件36。

具体地，所述第一升降副包括升降电机51，以及纵向滑动设置在立座16上的升降拖板52，升降拖板52连接在升降电机51的输出端上。立座16上还设有用于拉紧升降拖板52的吊装组件；吊装组件包括吊装油缸，用于连接吊装油缸输出端与升降拖板52上端部的链条53。上述第一升降副控制第一振荡副及其上的滚道超精研端头35升降，用以在调机时调整滚道超精研端头35的工位高度；吊装组件连接升降拖板52，用于克服对升降拖板52的重力，减少升降拖板52对于升降电机51的负载，对升降电机51起到保护作用。

所述第一转动副包括设置在第一升降副上的角度拖板54，以及转动设置在角度拖板54上的偏转拖板55，第一振荡副设置在偏转拖板55上。所述角度拖板54上设有弧形齿条56，偏转拖板55上设有与弧形齿条56相啮合的齿轮，以及用于驱动所述齿轮的驱动部件（即转动电机561）。上述第一转动副可实现第一振荡副及其上的超精研头加工工位及方向调整，用以配合加工不同形状的轴承套圈滚道；具体地，当驱动部件驱动齿轮转动时，偏转拖板55带动第一振荡副相对于角度拖板54转动，可实现第一振荡副上的滚道超精研端头35输出角度调整，如可倾斜输出用以加工倾斜设置的滚道。

所述第一振荡副包括振荡电机59和振荡拖板50，振荡电机59包括磁板591，以及移动设置在磁板591上的基板592，基板592内部设置有线圈组；所述振荡拖板50设置在基板592上。上述振荡电机59运用线圈组在磁场内受到的安培力实现基板592的移动，由于线圈组电流变化直接影响基板592移动轨迹，基板592移动可直接带动滚道超精研端头35移动，因而整个第一振荡副的运动可根据线圈电流快速调整，路径转换灵敏度高，能够短时间内频繁振荡，实现大往复、小振荡加工，从而提升工件的加工精度。

所述压紧副包括压紧气缸57，以及设置在压紧气缸57输出端上的压紧拖板58；所述压紧气缸57的输出方向与第一振荡副的输出方向相垂直，滚道超精研端头35设置在压紧拖板58上。上述结构中的压紧副用于调整滚道超精研端头35上的滚道超精研部件36对于工件表面的压力，从而可控制工件表面的加工深度与加工精度。

所述压紧拖板58上设置有超精研头换位装置6，超精研头换位装置6包括旋转组件，以及与旋转组件输出端相连接的转轴61。滚道超精研端头35设置在转轴61端部上，滚道超精研端头35的周向侧面上规则设有若干滚道超精研部件36。所述滚道超精研端头35的周向侧面上开设有端头槽62，端头槽62内设有用于定位滚道超精研部件36的定位板63，以及用于抵住所述定位板63的螺杆64；滚道超精研端头35的周向侧面上规则夹装三个滚道超精研部件36，三个滚道超精研部件36分别是粗油石、精油石和超精油石。

所述旋转组件包括传动轴65，以及驱动所述传动轴65周向转动的回转驱动部件66，以及驱动所述传动轴65轴向移动的换档驱动部件67；其中换档驱动部件67是换档油缸，回转驱动部件66是回转油缸，回转油缸的回转角度为120°。所述传动轴65的轴线与转轴61的轴线重合，传动轴65上套设有第一齿盘68，转轴61上套设有第二齿盘69；上述结构中，换档驱动部件67驱动传动轴65轴向移动，控制第一齿盘68与第二齿盘69的啮合或分离；当传动轴65轴向移动使第一齿盘68和第二齿盘69相啮合时，传动轴65与转轴61周向联动，回转驱动部件66可通过传动轴65带动转轴61转动，实现转轴61端部上的滚道超精研部件36换位；当传动轴65轴向移动使第一齿盘68和第二齿盘69相分离时，回转驱动部件66可带动传动轴65，而无法影响转轴61及其上的滚道超精研部件36，此时适用于回转驱动部件66的复位。上述旋转组件驱动转轴61及其上的滚道超精研端头35转动时，滚道超精研端头35侧面的滚道超精研部件36实现换位；通过这种旋转换位的方式实现多种类油石之间的转换，避免了传统油石头更换的复杂步骤（如先油石头的退出和在后油石头的进入），从而减少其加工时间，提升其加工效率。

4. 轴承套圈滚道加工：

所述挡边超精研装置4包括设置在立座16上的第二升降副，以及设置在第二升降副上的第二转动副，以及设置在第二转动副上的第二振荡副，以及设置在第二振荡副上的挡边超精研端头44，以及设置在挡边超精研端头44上的挡边超精研部件45，其中挡边超精研部件45一般选为超精油石。

具体地，所述第二升降副包括升降电机51，以及纵向滑动设置在立座16上的升降拖板52，升降拖板52连接在升降电机51的输出端上。立座16上还设有用于拉紧升降拖板52的吊装组件；吊装组件包括吊装油缸，用于连接吊装油缸输出端与升降拖板52上端部的链条53。上述第二升降副控制第二振荡副及其上的挡边超精研端头44升降，用以在调机时调整挡边超精研端头44的工位高度；吊装组件连接升降拖板52，用于克服对升降拖板52的重力，减少升降拖板52对于升降电机51的负载，对升降电机51起到保护作用。

所述第二转动副包括设置在第二升降副上的角度拖板54，以及转动设置在角度拖板54上的偏转拖板55。所述角度拖板54上设有弧形齿条和若干条弧形导向槽；偏转拖板55上设有与弧形齿条相啮合的齿轮，以及用于驱动所述齿轮的驱动部件（即转动电机561），以及移动定位在弧形导向槽内的导向连接部件。通过第二转动副可实现第二振荡副及其上的超精研头加工工位及方向的调整，用以配合加工不同形状的轴承套圈挡边；具体地，当驱动部件驱动齿轮转动时，偏转拖板55带动第二振荡副相对于角度拖板54转动，可实现第二振荡副上的滚道超精研端头35输出角度调整。

所述第二振荡副包括振荡电机59和振荡拖板50，振荡电机59包括磁板591，以及移动设置在磁板591上的基板592，基板592内部设置有线圈组；所述振荡拖板50设置在基板592上，挡边超精研端头44设置在振荡拖板50上。上述第二振荡副内的振荡电机59运用线圈组在磁场内受到的安培力实现基板592的移动；由于线圈组电流变化直接影响基板592移动轨迹，基板592移动可直接带动滚道超精研端头35移动，因而整个第二振荡副的运动可根据线圈电流快速调整，路径转换灵敏度高，能够短时间内频繁振荡，从而提升工件的加工精度。所述振荡拖板50上固定有连板46，连板46上开设有线性滑槽，线性滑槽的滑槽方向与第二振荡副的移动方向相平行，挡边超精研端头44连接在连板46的线性滑槽上。所述挡边超精研端头44移动设置在线性滑槽，通过线性滑槽的轨道调整可以调整挡边超精研端头44的前伸距离。